A case study of material testing for corrosion in low temperature geothermal systems

Abstract

Adı-Soyadı: Umut NCEOkul: zmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisli iProgramı: Malzeme Bilimi ve Mühendisli i (Yüksek Lisans)Tez Ba lı ı: Dü ük Sıcaklıklı Jeotermal Sistemlerde Korozyon Açısından MalzemeTestinin Örnek Bir Çalı masıÖZBu çalı mada Izmir-Balçova bölgesel jeotermal ısıtma sisteminde yaygın ekilde borumalzemesi olarak kullanılan St-37 çeli iyle alternatif AISI 304, 316, 316L östenitikpaslanmaz çeliklerin ortalama özelliklere sahip bir jeotermal kuyu içerisindeki korozyondavranı ı ve korozyon hızları 0.02 m/s ve 9.6 m/s akı kan hızlarında belirlenmi tir.Korozyona u ramı çeli in mekaniksel özelliklerindeki de i imini incelemek ve boruhatlarının sistemdeki ömürlerini saptamak amacıyla St-37 çeli i korozyon testi numuneleriçekme deneyi numunesi biçiminde yapılmı tır. Paslanmaz çelik numuneleri ise korozyondeneylerinde sıklıkla kullanılan biçim ve boyutta, dikdörtgen olarak ekillendirilmi tir.Öncelikle yapılan Ryznar indeksi, çukurcuk korozyonu dayanım denklemi hesaplamaları veelekto-potensiyel ölçümleri ile tahmin edilen korozyon davranı ları ve yapılan nitelikselkar ıla tırmaların uzun süreli saha deneyleriyle büyük ölçüde uyumluluk gösterdi igözlenmi tir. Uzun süreli saha deneyleri; bütün çeliklerin dü ük homojen da ılımlı korozyonhızlarına sahip oldu unu gösterirken, özellikle dü ük akı kan hızında maruz bırakılmı St-37çeli i için sulfat indirgeyici bakteriler ve ?tubercle? olarak adlandırılan olu umlar tarafındantetiklenen çukurcuk korozyonun çok daha hızlı ilerledi i tespit edilmi tir. Yapılan çekmedeneyi sonuçları St-37 çeli inin maksimum çekme gerilmesinin artan maruz kalma zamanıiçin azaldı ını göstermi tir. Bu durumun St-37 çeli inin yüzeyinde tespit edilen maksimumçukurcuk derinli inin artan maruz kalma zamanı için artması ile önemli ölçüde uyumlulukgösterdi i tespit edilmi tir. Boru hatlarının patlama basınçlarının hesaplanması içingeli tirilmi olan formulasyonlar ile St-37 çeli inden yapılmı boru hatlarının dü ük akı kanhızında 57 ay ve yüksek akı kan hızında 95 ay olarak tahmin edilen ömürlerinin incelenenkuyuda kullanılan boru hatlarının ömürleriyle kar ıla tırılabilir ölçüde do ru oldu ugörülmü tür. Sonuç olarak boru hatlarının ömrünün arttırılması için sulfat indirgeyicibakterilerin aktivasyonunu önlemek veya indirgemek için kimyasal kullanımı önerilmi tir.

Name: Umut NCESchool: zmir Institute of TechnologyDepartment: Materials Science and EngineeringMajor: Materials Science and Engineering (Master of Science)Title of Thesis: A Case Study Of Materıal Testıng For Corrosıon In Low TemperatureGeothermal SystemsABSTRACTThe main goal of this study is to determine the corrosion rate and mechanisms of anSt-37 steel material currently used as a pipeline material in Izmir-Balçova GeothermalDistrict Heating System. Alternative steel piping materials, AISI 304, AISI 316, AISI 316Laustenitic stainless steels, were also investigated for their corrosion behaviour in the samegeothermal system. Two fluid velocities, 0.02 and 9.6 m/s, showing the low or stagnant andhigh velocity fluid flow respectively were selected for the corrosion experiments at the site.Intentionally prepared tensile St-37 test specimens were used to investigate the effect ofcorrosion (particularly pitting type of corrosion) on the ultimate tensile strength of the steel,while conventional test coupons were used in the testing of stainless steels. These tests werefurther accompanied by the qualitative laboratory tests involving Ryznar stability index andelectropotential measurements. It was found that laboratory measurements, Ryznar stabilityindex, pitting resistance equivalent and electropotential measurements showed goodagreement with the result of corrosion experiments conducted at the site. Although theuniform corrosion rates were relatively low in the tested steels, the pitting corrosion rate wasgreatly promoted in St-37 samples at the low fluid velocity, mainly driven by the SRB activityand tubercle formation. The tensile tests on the St-37 corroded samples have further shownthat the UTS decreased as the exposure time increased. The decrease in the UTS of St-37 wasmore pronounced in the samples tested at the lower fluid velocity, which showed a goodagreement with the measured maximum pitting depths found in these samples. The servicelife time of the St-37 was further predicted for two selected fluid velocities using theequations developed for the effect of defects on the bursting pressure of the pipelines. Thepredicted service life of St-37 was 57 and 95 moths for low and high velocity fluid flowrespectively. These service lives were also comparable with the reported service life of thepipelines used in the studied geothermal system. Finally, a solution were proposed to increasethe service lifetime of St-37 pipes: addition of SRB activity reducing reagents to the fluid.